車路協(xié)同系統(tǒng)中車輛定位技術(shù)探究

張建成 李金洪 馮延旺 項(xiàng)澤文 楊銳

摘 要：車輛精確定位是車路協(xié)同系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過對車路協(xié)同定位系統(tǒng)的進(jìn)行需求分析，結(jié)合現(xiàn)有的定位技術(shù)，對未來車路協(xié)同定位的技術(shù)關(guān)鍵進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：車路協(xié)同;定位;技術(shù)

0 引言

近年來，我國高度重視自動駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展。研究指出，自動駕駛可大大降低車輛安全事故率，提升道路安全水平，有效緩解交通擁堵，提高短途運(yùn)輸效率，提升路網(wǎng)通行能力和交通運(yùn)輸效率。車路協(xié)同作為自動駕駛的必由之路，在國家利好政策和5G商用的驅(qū)動下蓬勃發(fā)展。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國車路協(xié)同行業(yè)市場規(guī)模將于2024年達(dá)到1 841.1億元人民幣[1]。

所謂車路協(xié)同，即通過先進(jìn)的無線通信技術(shù)和新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車-車、車-路之間的動態(tài)實(shí)時信息交互，從而開展車輛主動安全控制和道路協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)行的安全、高效，建成綠色、智能的道路交通系統(tǒng)。對于車路協(xié)同系統(tǒng)而言，精確的車輛定位是導(dǎo)航、避撞等安全應(yīng)用的基礎(chǔ)，故對車路協(xié)同系統(tǒng)中車輛定位技術(shù)開展研究極其重要。

1 車路協(xié)同定位系統(tǒng)需求

車路協(xié)同系統(tǒng)的主要設(shè)備構(gòu)成為路側(cè)單元和車載單元兩部分。路側(cè)單元主要采集的是當(dāng)前交通狀況、道路狀況、環(huán)境狀況等信息;車載單元主要獲取車輛運(yùn)動狀態(tài)、車輛定位信息、周圍行車環(huán)境信息等。兩個單元建立通信連接，互相交換信息，經(jīng)處理單元對信息進(jìn)行處理后，最終做出判決，并由車輛執(zhí)行此判決。車路協(xié)同定位系統(tǒng)性能在滿足位置信息高精采集要求的同時，根據(jù)不同單元功能需求，也對應(yīng)具備動態(tài)性高、覆蓋面廣、存儲量大等特點(diǎn)。

1.1 定位系統(tǒng)車載單元需求分析

（1）高精度：為確保車輛安全運(yùn)行，應(yīng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜交通環(huán)境下動態(tài)車輛車道級定位，20厘米以內(nèi)即可滿足要求。

（2）低延時：單元模塊間動態(tài)實(shí)時位置信息的傳遞應(yīng)及時，延時控制在毫秒級別即滿足要求。

（3）全天候：對行駛在道路上的自動駕駛車輛進(jìn)行定位，應(yīng)不受晝夜、天氣影響，滿足全天候的定位要求。

（4）全覆蓋：在如高樓遮擋、高架橋下、隧道內(nèi)、停車場內(nèi)等場景中，存在衛(wèi)星信號盲區(qū)，盲區(qū)場景下需要一種車輛定位方式實(shí)現(xiàn)車輛定位。

1.2 定位系統(tǒng)路側(cè)單元需求分析

（1）全天候：路側(cè)單元功能也應(yīng)與晝夜、天氣無關(guān)，不受其影響，具有全天時、全天候的工作能力。

（2）高容量：同一時刻在道路上行駛的自動駕駛車輛數(shù)目龐大，路側(cè)單元需獲取每一輛車的高精定位信息，這一需求的滿足需要路側(cè)單元容量足夠大。

2 常見車路協(xié)同定位技術(shù)

目前，已有多種方法可以獲取米級甚至厘米級的高精度位置信息，主要包括衛(wèi)星定位技術(shù)、計算機(jī)視覺定位技術(shù)、雷達(dá)定位技術(shù)等。

2.1 衛(wèi)星定位技術(shù)

伴隨著GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）的發(fā)展，GNSS定位技術(shù)在自動駕駛場景中被廣泛應(yīng)用，為自動駕駛提供高精度定位，精細(xì)化導(dǎo)航，精準(zhǔn)度授時服務(wù)。但GNSS本身存在信號易受遮擋、更新頻率低等問題，無法滿足厘米級高精度定位和完好性的需求，在道路定位中的局限性如圖1所示。GNSS增強(qiáng)系統(tǒng)對GNSS性能進(jìn)行了提升，同時利用偽衛(wèi)星輔助GNSS定位進(jìn)行誤差消除也取得了良好的效果。

2.2 計算機(jī)視覺定位技術(shù)

隨著人工智能的飛速發(fā)展，計算機(jī)視覺定位技術(shù)越來越受重視。特斯拉、Mobileye均采用視覺定位作為其自動駕駛車輛定位方法。但攝像頭通常存在檢測距離較短，易受自然環(huán)境影響等缺點(diǎn)，在光照較差和霧霾、雨雪等惡劣天氣下，檢測準(zhǔn)確度較低。

2.3 雷達(dá)定位技術(shù)

激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)是車輛實(shí)現(xiàn)自動駕駛不可或缺的硬件。激光雷達(dá)能夠有效檢測動態(tài)障礙物，并對物體的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行估計，抗干擾強(qiáng)，探測距離長，Google便以其作為自動駕駛車輛定位方案，但激光雷達(dá)成本太過昂貴。毫米波雷達(dá)能夠?qū)Ρ粶y目標(biāo)的相對速度和相對距離進(jìn)行很好的檢測，不受環(huán)境的影響，但障礙物識別率較低。

3 車路協(xié)同定位技術(shù)趨勢

（1）定位系統(tǒng)除了應(yīng)具備采集車輛實(shí)時的位置、速度和運(yùn)行方向等狀態(tài)信息的功能外，還應(yīng)具備全天時全天候的工作能力，具備成本低、精度高、可靠性高的設(shè)備特點(diǎn)。

（2）GNSS及其增強(qiáng)系統(tǒng)已基本可以滿足車路協(xié)同定位需求，在GNSS不可用的場景中，可通過其他方式進(jìn)行協(xié)同定位，以保證車輛實(shí)時位置信息的全面檢測。

（3）基于視覺和雷達(dá)的定位技術(shù)可統(tǒng)一歸為基于傳感器的檢測，這一方式還涉及后續(xù)與高精度地圖的匹配。昂貴的車載設(shè)備使成本大大增高，且高精度地圖的覆蓋率與動態(tài)更新也使得此方式作為主要定位方式深受限制。

4 結(jié)語

定位技術(shù)是自動駕駛汽車安全行駛不可或缺的核心技術(shù)之一，在車輛橫向/縱向精確定位、障礙物檢測與碰撞避讓、智能車速控制、路徑規(guī)劃及行為決策等方面發(fā)揮著重要的作用[2]。隨著車路協(xié)同應(yīng)用中車端從輔助自動駕駛不斷向高級自動駕駛演進(jìn)，車路協(xié)同的定位精度要求也在不斷提高。未來將有更多更精準(zhǔn)的定位方式被研究，車路協(xié)同體系也將不斷被完善，自動駕駛發(fā)展將再上新臺階。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊紅令.以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能交通控制系統(tǒng)探究[J].科技與創(chuàng)新，2019（1）：126-127.

[2]趙佳，劉清波.自動駕駛汽車高精定位導(dǎo)航技術(shù)路線分析[J].客車技術(shù)與研究，2018（4）：8-10.